Detemperatuurstijging van een droge-transformatoris een van die technische details die er op een datasheet eenvoudig uit kunnen zien, maar je eigenlijk heel veel vertellen over hoe de transformator in werkelijkheid zal presteren.

Wanneer een transformator wordt bekrachtigd, produceert deze warmte. Een deel komt uit de magnetische kern, terwijl er meestal meer warmte in de wikkelingen wordt gegenereerd naarmate de belasting toeneemt. Die warmte moet eruit. Als het in de transformator blijft zitten, stijgt de temperatuur, veroudert de isolatie sneller en kan de betrouwbaarheid na verloop van tijd afnemen.

In basistermen:

Temperatuurstijging=Transformatortemperatuur − Omgevingstemperatuur

Dus als de omringende lucht 40 graden is en de gemiddelde wikkelingstemperatuur 140 graden bereikt, is de stijging van de wikkelingstemperatuur 100 K.

Droge-transformatoren worden gekoeld doorlucht eerderdan isolatieolie. Dat maakt luchtstroom, ventilatie, wikkelconstructie, isolatiematerialen en koelkanalen bijzonder belangrijk. In de praktijk moeten de transformator zelf en de ruimte waar deze wordt geïnstalleerd als één thermisch systeem worden beschouwd.

Wat veroorzaakt temperatuurstijging in een droge-transformator?

Er zijn verschillende warmtebronnen, maarkernverlies en kronkelverlieszijn de groten.

Kernverlies treedt op wanneer de transformator wordt bekrachtigd. Het komt voornamelijk door hysteresis en wervelstromen in de magnetische kern. In tegenstelling tot wikkelverlies verdwijnt dit niet wanneer de transformator licht belast wordt.

Wikkelingsverlies is nauwer verbonden met de belastingsstroom. De resistieve component wordt gewoonlijk uitgedrukt als:

P = I²R

Dit is de moeite waard om op te letten, omdat de stroom kwadratisch is. Als de stroom toeneemt, kan de verwarming van de wikkelingen veel sneller toenemen dan je zou verwachten.Bij 80% van de nominale stroom bedraagt ​​de I²R-component van het wikkelingsverlies bijvoorbeeld grofweg 64% van de waarde bij de nominale stroom, ervan uitgaande dat de andere omstandigheden vergelijkbaar blijven.

Er zijn ookverdwaalde en extra verliezen. Lekkageflux kan stromen veroorzaken in metalen structurele onderdelen, waardoor plaatselijke verwarming ontstaat. Harmonische stromen kunnen de situatie ook ingewikkelder maken. Apparatuur zoals UPS-systemen, variabele-frequentieregelaars, zonne-energie-omvormers, EV-laders en andere elektrische-elektronische belastingen kunnen harmonischen introduceren en de verwarming van de transformator verhogen.

De eindtemperatuur is dus feitelijk een evenwicht:hoeveel warmte de transformator produceert versus hoeveel warmte hij kan afvoeren.

Omgevingstemperatuur is ook van belang. Een transformator die in een warme elektrische ruimte werkt, heeft een kleinere thermische marge dan dezelfde transformator die in een koelere, goed geventileerde ruimte wordt geïnstalleerd.

Temperatuurstijging van transformatoren van het type niet-harsdroog-

Transformatoren van het type niet-harsdroog- maken gebruik van isolatiesystemen die niet afhankelijk zijn van volledige inkapseling van epoxyhars. Afhankelijk van het ontwerp kunnen de wikkelingen gebruik maken van vernis, glasvezel, Nomex, luchtisolatie of andere vaste isolatiematerialen.

Omdat er geen dikke gietharslaag- rond de wikkelingen zit, kan de luchtstroom een ​​bijzonder belangrijke rol spelen. Het ontwerp moet voldoende ruimte bieden om de warmte van de actieve delen weg te laten stromen zonder onnodige thermische knelpunten te creëren.

Warmteafvoeroppervlak van transformatoren van het type niet-harsdroog-

Dewarmteafvoeroppervlak van transformatoren van het type niet-harsdroog-is in wezen het gebied dat beschikbaar is voor het overbrengen van warmte naar de omringende lucht.

Warmte die in de kern en wikkelingen wordt gegenereerd, moet door isolatie en structurele componenten reizen voordat deze de lucht bereikt. Een goed thermisch ontwerp zorgt ervoor dat deze warmte een redelijk direct pad uit de transformator krijgt.

Kronkelende geometrieis hier van belang. Radiale en axiale luchtkanalen kunnen ervoor zorgen dat koelere lucht de onderste delen van de transformator binnendringt, terwijl warmere lucht opstijgt en door de bovenste delen naar buiten gaat. Bij natuurlijk gekoelde transformatoren vindt deze circulatie voornamelijk plaats viaconvectie.

Het klinkt eenvoudig, maar de installatie kan gemakkelijk in de weg zitten.

Als een transformator te dicht bij een muur wordt geïnstalleerd, de ventilatieopeningen geblokkeerd zijn of de elektrische ruimte een slechte luchtcirculatie heeft, kan de werkelijke bedrijfstemperatuur veel hoger zijn dan verwacht.

Voor grotere units kan geforceerde-luchtkoeling worden gebruikt om de luchtstroom te vergroten en voor extra capaciteit te zorgen. Maar simpelweg een ventilator naast de transformator plaatsen is niet voldoende. De lucht moet de beoogde koelpaden in de transformator bereiken.

Warmtebelasting van transformatoren van het type niet-harsdroog-

Dewarmtebelasting van transformatoren van het type niet-harsdroog-houdt voornamelijk verband met hun totale verliezen onder feitelijke bedrijfsomstandigheden.

Kernverlies is aanwezig wanneer de transformator wordt bekrachtigd, terwijl het wikkelingsverlies verandert met de belasting. Naarmate de stroom de nominale waarde nadert, neemt de verwarming van de wikkelingen aanzienlijk toe vanwege de I²R-relatie.

Ook de aangesloten belasting zelf verdient aandacht. Een transformator die een eenvoudige lineaire belasting levert, kan een redelijk voorspelbaar thermisch profiel hebben. Een transformator die UPS-apparatuur, frequentieregelaars-met variabele snelheid, gelijkrichters of andere niet-lineaire belastingen voedt, kan een ander verhaal zijn.

Harmonische stromen kunnen extra verliezen vergroten en extra verwarming in de wikkelingen en metalen onderdelen veroorzaken. Dit is met name relevant in datacenters, industriële installaties, duurzame energieprojecten en EV-laadinstallaties.

Voor deze toepassingen mag de selectie van transformatoren niet alleen gebaseerd zijn op het typeplaatje kVA. Harmonische inhoud, belastingsprofiel, verwachte bedrijfsuren en toekomstige belastingsgroei moeten mogelijk allemaal in overweging worden genomen.

Temperatuurstijging van transformatoren van het type niet-harsdroog-

Detemperatuurstijging van transformatoren van het type niet-harsdroog-wordt bepaald door de balans tussen warmteopwekking en warmteafvoer.

Wanneer een transformator voor het eerst wordt bekrachtigd, neemt de temperatuur ervan geleidelijk toe. Naarmate het temperatuurverschil tussen de transformator en de omgevingslucht groter wordt, neemt ook de warmteafvoer toe. Uiteindelijk bereikt de transformator een relatief stabiele thermische toestand.

Maar de temperatuur is niet overal hetzelfde.

De kern, wikkelingen, isolatie, klemmen en structurele componenten kunnen allemaal bij verschillende temperaturen werken. Sommige delen van de wikkeling kunnen aanzienlijk heter worden dan de gemiddelde wikkeltemperatuur. Deze gebieden worden over het algemeen hotspots genoemd.

Dat onderscheid is van belang omdat de veroudering van isolatie sterk wordt beïnvloed door de warmste gebieden. Het meten van de buitenkant van de transformator kan nuttige informatie opleveren tijdens onderhoud, maar vertelt u niet noodzakelijkerwijs wat er binnenin de wikkeling gebeurt.

IEC 60076-11 bevat vereisten voor het testen van de temperatuur-stijging van droge transformatoren. Gemeenschappelijke referentiewaarden omvatten ongeveer80 K voor isolatie van klasse B, 100 K voor klasse F en 125 K voor klasse H, afhankelijk van de toepasselijke norm en transformatorontwerp.

Temperatuurstijging van harsdroge-typetransformatoren

Vooral transformatoren van het harsdroge-typegegoten-harstransformatorenGebruik epoxyhars als belangrijk onderdeel van het wikkelingsisolatiesysteem.

De hars zorgt voor elektrische isolatie en mechanische ondersteuning en helpt de wikkelingen te beschermen tegen vocht, stof en andere omgevingsverontreinigingen. Tegelijkertijd wordt het onderdeel van het warmteoverdrachtspad-.

Dat betekent dat de thermische eigenschappen van de hars er toe doen. Dat geldt ook voor de wikkeling, de afmeting van de geleider, de harsdikte, de koelkanalen en de totale transformatorverliezen.

Gietharstransformatoren worden vaak gebruikt in commerciële gebouwen, industriële installaties, installaties voor hernieuwbare energie, transportinfrastructuur en andere toepassingen waarbij milieubescherming en betrouwbare isolatie belangrijk zijn.

Temperatuurstijging van harsdroog-Type transformatorkern

Detemperatuurstijging van een transformatorkern van het harsdroge-typekomt vooral vandaankern verliezen.

Hysterese en wervelstroomverliezen-treedt op wanneer de kern wordt bekrachtigd. Hun niveau hangt af van het magnetische materiaal, de werkfrequentie, de fluxdichtheid, de lamineringsdikte en het algehele kernontwerp.

Het gebruik van elektrisch staal van hoge-kwaliteit en het binnen een geschikt bereik houden van de magnetische fluxdichtheid kan kernverliezen helpen verminderen. Maar het terugdringen van verliezen is slechts een deel van het werk. De warmte die overblijft heeft nog steeds een goede weg uit de transformator nodig.

Overmatige verstrooide flux of een slecht magnetisch ontwerp kunnen ook plaatselijke verwarming in de kern en nabijgelegen metalen componenten veroorzaken. Dit is de reden waarom elektromagnetisch en thermisch ontwerp samen moeten worden bekeken in plaats van afzonderlijk.

Tijdens de fabriekstemperatuur-stijgingstests wordt de transformator gebruikt totdat deze een stabiele thermische toestand bereikt. De gemeten resultaten helpen bevestigen dat het apparaat onder de nominale omstandigheden kan werken zonder de gespecificeerde limieten te overschrijden.

Temperatuurstijging van harsdroog-Type transformatorwikkelingen

Detemperatuurstijging van transformatorwikkelingen van het harsdroge-typeis een van de belangrijkste thermische overwegingen bij het ontwerpen van gietharstransformatoren.

De stroom die door de geleiders vloeit, produceert warmte. Die warmte moet vervolgens door de isolatie en hars reizen voordat deze de omringende lucht kan bereiken.

Als gevolg hiervan hebben de afmeting van de geleider, de stroomdichtheid, de opstelling van de wikkelingen, de isolatiedikte, de thermische eigenschappen van de hars, de koelpaden en de belastingsverliezen allemaal invloed op de uiteindelijke wikkelingstemperatuur.

En nogmaals, de temperatuur in een wikkeling is niet perfect uniform. Een interne hotspot kan aanzienlijk heter zijn dan het buitenoppervlak van de hars.

Daarom is een infraroodthermometer nuttig voor het controleren van de externe omstandigheden tijdens onderhoud, maar kan hij op zichzelf niet de werkelijke interne hotspot-temperatuur- bepalen.

Dit wordt nog belangrijker bij veeleisende belastingen. Industriële machines, datacentra, apparatuur voor hernieuwbare energie en elektronische energiesystemen- kunnen snel veranderende of relatief hoge belastingsniveaus veroorzaken. Een transformator die voor deze toepassingen wordt geselecteerd, moet worden beoordeeld op basis van zijn daadwerkelijke bedrijfsprofiel, en niet alleen op basis van zijn nominale kVA-waarde.

Temperatuurstijging en isolatieklasse

De thermische klasse van isolatie is een ander belangrijk onderdeel van het temperatuurstijgingsbeeld.

Als de omgevingstemperatuur bijvoorbeeld 40 graden is en de gespecificeerde temperatuurstijging 100 K is, zou de gemiddelde wikkelingstemperatuur ongeveer 140 graden zijn.

Dat betekent niet dat elk punt in de wikkeling precies 140 graden is. Interne hotspots kunnen hoger zijn.

Een hogere isolatieklasse zorgt voor een groter thermisch vermogen, maar mag niet worden geïnterpreteerd als een reden om de transformator bewust heter te laten werken. Het onder controle houden van de bedrijfstemperaturen helpt nog steeds de veroudering van de isolatie te verminderen en zorgt voor een grotere thermische marge.

Hars versus niet-Hars droog-Type Transformatortemperatuurstijging

Zowel hars- als niet-{0}}harsdroge- transformatoren kunnen betrouwbare thermische prestaties leveren als ze op de juiste manier zijn ontworpen.

Er bestaat geen simpele regel die zegt dat één type altijd een lagere temperatuurstijging heeft.

Een goed-ontworpen -niet-harstransformator kan warmte effectief afvoeren via open wikkelingsstructuren en een goede luchtstroom. Een gietharstransformator kan daarentegen een sterke mechanische bescherming en bescherming tegen het milieu combineren met goede thermische prestaties als het hars- en wikkelingsontwerp op de juiste manier zijn ontworpen.

De betere keuze hangt af van de toepassing, installatieomgeving, vereist isolatiesysteem, belastingsomstandigheden en projectspecificaties.

Hoe u de droge temperatuurstijging van de typetransformator kunt controleren-

Het basisidee is vrij eenvoudig:minder warmte genereren en de warmte die wordt gegenereerd effectiever afvoeren.

Kernmaterialen met laag-verlies, geleiders van de juiste afmetingen, geoptimaliseerde wikkelingsstructuren en effectieve koelkanalen kunnen allemaal helpen de temperatuurstijging tijdens de ontwerpfase te verminderen.

De juiste maatvoering van de transformator is net zo belangrijk. Een transformator die continu op of bijna vollast werkt, zal uiteraard een grotere thermische belasting ervaren dan een transformator met enige reservecapaciteit.

De installatieomgeving is ook van belang. Er moet voldoende ruimte rondom de transformator zijn voor luchtcirculatie en ventilatieopeningen moeten vrij blijven. Als de transformator in een elektrische kamer wordt geïnstalleerd, moet het ventilatie- of airconditioningsysteem- van de kamer rekening houden met de warmte die door de transformator vrijkomt.

Voor transformatoren die zijn ontworpen voor AN/AF-werking kan geforceerde-luchtkoeling zorgen voor extra capaciteit tijdens periodes van grote vraag. Ventilatoren en bedieningselementen moeten regelmatig worden gecontroleerd, zodat de extra koeling ook daadwerkelijk beschikbaar is wanneer dat nodig is.

Routineonderhoud kan veel vermijdbare thermische problemen voorkomen. Ophoping van stof kan de luchtstroom beperken, terwijl losse elektrische verbindingen plaatselijke hotspots kunnen veroorzaken. Als er niet-lineaire belastingen aanwezig zijn, kan het controleren van harmonische stromen ook helpen bij het identificeren van onverwachte bronnen van transformatorverwarming.

Waarom temperatuurstijging belangrijk is voor de levensduur van transformatoren

Temperatuur heeft een directe relatie met isolatieveroudering. Continu gebruik bij te hoge temperaturen kan de verslechtering van de isolatie versnellen en uiteindelijk de levensduur van de transformator verkorten.

Toch mag de temperatuurstijging niet op zichzelf worden beschouwd. Isolatieklasse, omgevingstemperatuur, belasting, koelmethode en transformatorontwerp werken allemaal samen.

Bij het selecteren van een droge-type transformator is het daarom beter om verder te kijken dan de basisspanning en kVA-waarden. Belangrijke thermische specificaties zijn onder meer temperatuurstijging, isolatieklasse, koelmethode, geen-belastingsverlies, belastingsverlies, omgevingstemperatuur, installatiehoogte, harmonische belasting en verwacht belastingsprofiel.

Conclusie

Detemperatuurstijging van droge-transformatorenis een belangrijk onderdeel van het evalueren van de prestaties en betrouwbaarheid van transformatoren. Kern-, wikkelings-, zwerf- en extra verliezen veroorzaken warmte, terwijl de constructie- en installatieomgeving van de transformator bepalen hoe effectief die warmte wordt verwijderd.

Voorniet-harsdroge-transformatorenspelen het warmteafvoeroppervlak, de luchtstroom en de kronkelende koelkanalen een bijzonder belangrijke rol. Voorharsdroge-type transformatorenzijn de thermische eigenschappen van de hars en het ontwerp van de ingekapselde wikkelingen even belangrijk.

De temperatuurstijging- mag nooit als een op zichzelf staand cijfer worden beschouwd. Het is veel logischer als we kijken naar de isolatieklasse, omgevingstemperatuur, transformatorbelasting, koelmethode, verliezen, hoogte en harmonische inhoud.

Voor industriële installaties, commerciële gebouwen, duurzame energieprojecten, datacenters en andere veeleisende toepassingen kan het kiezen van een droge- transformator met het juiste thermische ontwerp helpen de bedrijfstemperatuur onder controle te houden, de veroudering van de isolatie te vertragen en een betrouwbare werking gedurende de levensduur van de transformator te ondersteunen.

Neem nu contact op